NB-IoT智能安防解决方案

1.智能安防架构

智能安防系统通常包含物联网平台、物联网网关、手机客户端、传感器四部分，下面以中国移动“和·家安”系统为例介绍其网络拓扑，如图14.4所示。

图14.4 和·家安网络拓扑图

各环节功能描述如下：

物联网平台：OneNET平台——中国移动物联网平台，负责业务运营、家庭安全数据存储、用户管理、安全设备管理、安全策略编辑和同步、第三方业务接入。

物联网网关：负责设备管理，NB-IoT与Wi-Fi双网络接入。同时，与温湿度传感器、水浸传感器、红外传感器、门磁传感器、燃气泄漏传感器交互；与平台同步并将安全策略保存至网关中，以便停电时仍可保证本地告警功能。

手机客户端：与温湿度传感器、水浸传感器、红外传感器、门磁传感器、燃气泄漏传感器交互同步，查看实时数据。

传感器：将采集到的温湿度、水浸情况、红外探测情况、门磁情况、燃气泄漏数据上报到物联网网关。

2.智能安防主要功能

防水：当用户家中管线爆裂或其他情况导致水灾，家中声光报警器会告警，用户手机将收到水浸告警，及早提醒用户，为用户降低损失。

防燃气：当用户家中出现燃气泄漏，家中声光报警器会告警，用户手机会收到燃气告警，自动开启排风扇，以降低事故率。

防火：当用户家中线路故障或其他情况导致火灾，家中声光报警器会告警，用户手机会收到火灾告警，并且自动拨打119，上报具体地址信息，为用户降低损失。

防盗：用户可以使用手机开门，授权他人开门，收到门状态告警；同时，可以实时了解窗户的开关状态；当有盗贼入侵时，家中声光报警器会告警，手机收到入侵告警，同时智能门锁将设置为不可打开状态，延长盗贼离开时间，为用户争取更多的时间和证据。

防护状态切换：用户可根据防护需求，手动设置防御状态，或者可设置根据位置信息自动切换状态。

全防御状态：当用户离家时，所有模块工作，进入高戒备状态。

半防御状态：当用户在家时，除红外传感器、门磁传感器外，其他模块工作。

无防御状态：完全撤防。

“和·家安”系统实现了以上全部功能，并且具备如下特点：

1）降低成本，互通性强：用户不再需要为适配多个厂商设备，安装多款网关。

2）统一入口，一致性的用户体验：用户手机中不再需要安装多家厂商的APP，统一了操作习惯和优化了用户体验。

3）智能联动：物联网网关不止兼容各种检测传感器，还兼容智能开关、智能家电等，统一筹划，让设备联动更智能。(www.xing528.com)

4）语音操控：当用户不方便用手操作手机时，也可以用语音对“和·家安”进行完整控制。

3.软硬件需求

（1）硬件需求

1）物联网网关：内置电源，支持ZigBee协议，兼容性强，能够与相关传感器连通，并通过NB-IoT将数据发送到家庭智能网关中处理。

2）相关外设：燃气泄漏传感器、温湿度传感器、水浸传感器、门窗报警器、声光报警器等。

（2）软件需求

1）手机APP。

•状态查看：可以查看所有传感器状态及报警内容。

•异常报警：监控发生异常警报时可以接收报警，并可开启和关闭警报。

•一键切换安防状态：用户可以根据自身需求切换到离家时的全防御状态，在家时的半防御状态，以及无防御状态。

2）物联网网关上的软件。

•智能网关插件实现设备管理、认证等功能。

•物联网网关上软件实现策略同步和多协议字典功能。

4.物联网网关硬件设计

物联网网关包括如下几部分硬件：CPU控制模块、ZigBee模块、Wi-Fi模块、NB-IoT模块、电源模块等。其中电源模块包括电池、交直流转换器、交流电源，可以实现在断电时将网关的交流电转换为直流电供电，维持网关的正常运行。

5.物联网网关软件设计

物联网网关与OneNET端软件架构如图14.5所示。在物联网网关中安装中国移动自主研发的移动物联网基础通信套件，通过NB-IoT网络实现物联网网关与OneNET平台的通信。基础通信套件负责终端设备和平台间的交互，包括了三部分的内容，即最下层是基于UDP的受限应用协议（Constrained Application Protocol，CoAP），中间层是基于CoAP的轻量M2M（Lightweight Ma-chine to Machine，LwM2M）协议，最上层是在LwM2M协议里面使用的IPSO定义的资源模型，用于对传感器以及传感器属性进行标识，该部分内容遵循IPSO组织制定的Profile规范，并进行了部分扩展。

图14.5 物联网网关与OneNET端软件架构图

智能安防系统总体流程如下：首先各个模块进行初始化，判断无线网关是否有电。如果正常供电，则采用Wi-Fi网络作为传感器和OneNET平台的传输媒介。ZigBee模块接收来自门磁、水浸、红外线等传感器的异常信息，通过串口将用户数据传送至Wi-Fi模块。Wi-Fi模块再将这些用户数据通过Wi-Fi网络传送到平台端。平台端对数据存储转发以及分析处理，并通过网络将相关信息推送到手机APP上，用户手机APP将显示异常告警信息。

同理，如果家庭发生断电的情况，物联网网关自动转换为直流电源供应。此时，NB-IoT模块担当传输媒介，将数据通过NB-IoT网络传送至OneNET平台端，平台端对数据进行存储转发和分析处理，并通过网络将相关信息推送到手机APP上，用户手机APP将显示异常告警信息。